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非平衡组成的混合二甲苯转化为接近热力学平衡组成的二甲苯混合物是主反应之一，同时另一主反应是乙苯转化为二甲苯。在二甲苯异构化催化剂的酸性功能和金属功能上，通过主反应可以达到预期的异构化转化率和乙苯转化率。
在主反应发生的同时，伴随着一系列副反应的发生，如乙苯自身、乙苯与二甲苯、二甲苯自身之间的歧化和烷基转移反应，乙苯与二甲苯的脱烷基，乙苯的加氢饱和及开环裂解等反应。主要副反应如下：歧化反应、烷基转移反应、脱烷基反应、加氢开环裂解反应。
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